變壓器隔離

為了人身安全，低壓系統及控制電源必須實現與高壓網壓系統DC1500 V的電氣電位上的隔離。最佳且最實用的隔離方式是采用變壓器隔離。從上述方案中看出，有50 Hz變壓器隔離和高頻變壓器隔離兩種方式。由變壓器基本原理知，50 Hz變壓器其體積與重量較大，而高頻變壓器其體積與重量就成倍地減小。但后者必須采用性能好的高頻磁心，目前大都采用進口的鐵氧體磁心或基微晶合金的磁心。
對于DC110 V控制電源，容量不大，因而現今國內外都采用直—直變換及高頻變壓器隔離，這也是成熟的技術。
  

第一節   輔助逆變器工作原理
 
一、輔助逆變器的原理
 輔助逆變電源基本原理框圖如圖2-1所示。
圖2-1 輔助逆變電源基本原理框圖
輔助逆變電源主要由輸入濾波模塊、逆變模塊和輸出整流濾波模塊三個部分組成。
1.輸入濾波模塊
（1）輸入濾波模塊的主要功能
l   平滑輸入電壓供應給后續的部件。
l   在不切斷整個逆變電源的情況下抑制來自線路電壓的較大的尖峰。
l   在線路電壓出現特別大而且持續的尖峰時，切斷逆變電源。
l   替逆變電源抵擋來自線路的低頻干擾電流。
l   限制逆變電源的啟動電流。
l   保護逆變電源以免產生極性翻轉。
（2）保護功能
l  動態電壓限制保護。動態電壓限制保護了電力半導體元件和其他電子元件免受高壓尖峰沖擊。主濾波器是由扼流線圈和電容器來組成。如果有尖峰強加在輸入端，電壓的上升會通過此扼流線圈和電容器來限制。瞬時的能量儲存在電容器內。如果電容器的電壓高于扼流線圈前的電壓，特殊保護電路就會動作，觸發晶閘管。瞬時能量就通過電阻來消耗。
l  短路保護。如果輸入的尖峰超過逆變電源保護值時（例如一號線逆變電源保護值為3200VDC），一個獨立的保護電路就會激活。晶閘管就會熔斷輸入電源熔斷器，斷開逆變電源。而通過此晶閘管的電流仍然由輸入濾波扼流線圈來限制。
 
2.逆變模塊
目前，城軌車輛逆變電源一般采用的都是使用三相逆變電路的脈寬調制逆變器。
逆變模塊一般通過有微處理器控制的控制模塊進行控制、監視以及調節的功能：
l  控制模塊從逆變器電路的元件中得到電流值。這些測量值是相對于基準值的。這樣的控制方式確保即使改變運行條件，逆變器電路也能正常地工作。
l  如果有故障發生，控制模塊會實時地反映出來，并且激活緊急功能，例如關斷逆變器電路以防止更大的破壞。所有可變值的測量都反饋到監控電路。如果可變測量值超出允許范圍，重啟信號會立即關閉脈沖發生器。同時，逆變模塊在被破壞之前會停機。一旦所有可變量回到允許的范圍內，逆變器會再次自行啟動。此時控制模塊也將重新啟動（軟啟動）使得輸出電壓經過幾毫秒后才可以達到正常等級。
l  控制模塊同時也具備測量輸出電壓，調整調制功能，以保證輸出電壓的振幅基本保持不變， 與任何直流連接電壓的波動或者輸出載荷的變化無關。
 
3.輸出整流濾波模塊
輸出整流濾波模塊主要由三相變壓器和濾波器組成。
三相變壓器將逆變器的輸出電壓轉換成輔助系統的額定電壓。同時有隔離高壓系統和輔助系統的功能。
濾波模塊降低逆變器輸出電壓中的由于切換所產生的高頻電壓、使其輸出畸變很小的正弦波，保證總的諧波畸變少于基礎頻率50 Hz的10% 。
二、常見輔助逆變器
1、  采用分散供電方式的輔助逆變器
廣州地鐵一號線車輛輔助系統采用的就是分散供電方式。其總共6節車編組，每節車都有一臺DC/AC逆變器，所有逆變器在尺寸、額定值和容量上是同樣的，并采用交叉供電方式，使每節車不會因自身輔助逆變器故障而造成停電事故。
接觸網高壓1500V直流是直接輸入輔助逆變器的，車體有一條1500V列車線為輔助系統專用，并使用二級管與外電路隔離。每臺逆變器有一組380V 三相、50Hz輸出。輔助逆變器直接或間接驅動以下交流負載：空氣壓縮機、空調壓縮機、冷凝器風扇、蒸發器、設備通風機、車廂插座（220V交流）、擋風玻璃除霜器等等。
其系統方框圖如圖2-2所示。
圖 2-2 廣州一號線列車輔助逆變器系統方框圖
2、  采用集中供電方式的輔助逆變器
目前，廣州地鐵二、八號線輔助系統采用的均是集中供電的方式。
（1）廣州地鐵二、八號線車輛輔助逆變器。廣州地鐵二號線列車的輔助逆變器從接觸網上受電用作輔助電源，輸出帶中性點的3相交流電（380/220 V 50 Hz），其輸出特點是正弦電壓（總諧波畸變較少），主要為風扇電機、空氣壓縮機、空調裝置和車內其它所有交流負載供電，其輸入與輸出通過變壓器隔離開來。二號線列車輔助逆變器與牽引逆變器一起集成在PA箱（Propulsion and Auxiliary converter box）中，為6 輛編組列車中的一半列車供電。整列車安裝了兩個輔助逆變器以保證列車運行時有足夠的冗余。
其系統方框圖如圖